ТОРЦОВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АСИНХРОННАЯ МАШИНА Российский патент 1999 года по МПК H02K5/173 H02K5/16 H02K17/16 

Изобретение относится к области электромашиностроения, а именно к торцовым электрическим машинам с одним статором и одним ротором, в которых базирование ротора осуществляется на опорном щите статора консольно.

Известна конструкция торцового асинхронного электродвигателя [1], содержащая магнитопровод статора с многослойной обмоткой и магнитопровод ротора с короткозамкнутой обмоткой, отделенные воздушным зазором. Подшипниковый узел машины состоит из пары радиально-упорных подшипников и радиального шарикоподшипника. Подшипники установлены наружными кольцами в опорном щите статора, а внутренними кольцами охватывают вал ротора. Недостатком этого электродвигателя являются его увеличенные осевые размеры.

В известной торцовой электрической асинхронной машине [2], близкой по конструкции подшипникового узла к заявляемой машине, осевые габариты существенно уменьшены за счет того, что один из подшипников ротора своим внутренним кольцом установлен на опорном стакане, размещенном в базовом щите ротора. Другой подшипник, охватывающий внутренним кольцом вал ротора, расположен внутри этого стакана. Тем самым реализована более компактная аксиально-радиальная схема расположения опорных подшипников ротора.

От величины воздушного зазора между поверхностями магнитопроводов статора и ротора в значительной мере зависят эксплуатационные характеристики электрической машины.

В известных конструкциях [1], [2] установка необходимой величины воздушного зазора достигается при сборке с помощью регулировочной прокладки, размещенной либо на валу ротора [1], либо между поверхностями базового щита статора и его крышки, несущей магнитопровод [2]. Однако с течением времени (по мере износа подшипников) расчетная величина воздушного зазора изменяется. Это влечет за собой снижение эксплуатационной надежности машины. В одном случае возрастает вероятность прилипания рабочих поверхностей магнитопроводов статора и ротора. В другом случае увеличение зазора приводит к ухудшению эксплуатационных свойств машины. Таким образом, возникает необходимость в подборе регулировочных прокладок как при сборке, так и по истечении некоторого времени нормальной работы машины. Это требует частичной ее разборки и последующей наладки.

В известной конструкции [3] , наиболее близкой по схеме к заявляемой электрической машине, подшипниковый узел снабжен подшипником качения, воспринимающим только осевую нагрузку притяжения между ротором и статором, а радиальные подшипники используются для передачи поперечной нагрузки.

Наличие подшипника, нагруженного только осевой силой и разгруженного от радиальных сил, чем достигается уменьшение его износа, способствует стабилизации величины воздушного зазора и тем самым повышению ресурса и надежности электродвигателя.

К недостаткам этой машины относятся увеличенные осевые размеры, которые определяются, главным образом, расстоянием между радиальными подшипниками.

Уменьшить это расстояние при размещении подшипника, воспринимающего осевую нагрузку, внутри стакана базового щита статора не удается. Это связано с тем, что при недостаточном осевом расстоянии между радиальными подшипниками и указанном размещении упорного подшипника может произойти выворачивание ротора в осевой плоскости под действием поперечных сил, передаваемых на вал ротора исполнительным механизмом, а следовательно, возрастает вероятность контакта магнитопроводов статора и ротора.

Кроме того, в упомянутой конструкции, также как и в аналогах [1], [2], регулирование величины воздушного зазора возможно лишь с помощью прокладок, а назначение машины ограничено использованием в устройстве малой мощности из-за ее невысокой нагрузочной способности.

При создании силовых электродвигателей торцового типа могут быть полезными устройства с непрерывной плавной регулировкой рабочего воздушного зазора (в отличие от дискретной регулировки с помощью прокладок). Это позволит оптимизировать величину зазора, а тем самым и эксплуатационный режим машины.

Заявляемое изобретение решает задачу уменьшения аксиальных размеров и материалоемкости электрической машины при одновременном повышении ее нагрузочной способности и эксплуатационной надежности, а также упрощения процесса регулировки воздушного зазора между магнитопроводами статора и ротора.

Это достигается тем, что в торцовой электрической асинхронной машине, содержащей кольцевые магнитопроводы статора с обмоткой возбуждения и ротора с короткозамкнутой обмоткой, базовый щит статора с установленным в нем опорным стаканом, подшипниковый узел, содержащий подшипники вала ротора для восприятия радиальной нагрузки и упорный подшипник для восприятия осевой нагрузки от действия сил притяжения магнитопроводов, снабженной регулировочным устройством для изменения величины воздушного зазора между рабочими поверхностями магнитопроводов, упорный подшипник расположен на наружной поверхности опорного стакана и поджат к кольцевому упору стакана регулировочным устройством в направлении действия осевой нагрузки.

При этом подшипники вала ротора, один из которых радиальный, другой радиально-упорный, размещены внутри опорного стакана так, что радиальный подшипник охвачен упорным подшипником, а радиально-упорный отделен от радиального дистанционной втулкой, установленной на валу ротора, и торцовой поверхностью наружного кольца опирается на упругое звено регулировочного устройства.

Регулировочное устройство для изменения величины воздушного зазора содержит установочные винты, снабженные контргайками, ввернутые в диск ротора и опирающиеся на подвижное кольцо упорного подшипника, а также упругое звено, например, в виде пакета тарельчатых пружин, установленных в расточке опорного стакана между подшипниками вала ротора так, что одним торцом опирается на уступ стакана, а другим - на наружное кольцо радиально-упорного подшипника.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором дан поперечный разрез предлагаемой машины.

На базовом щите статора 1 закреплен кольцевой магнитопровод 2 с m-фазной обмоткой возбуждения. В опорном стакане 3, запрессованном в щит 1 и имеющем наружный кольцевой выступ 4 для фиксированного соединения машины с исполнительным механизмом, установлены два подшипника 5 и 6 для восприятия радиальной нагрузки от исполнительного механизма. Они разделены дистанционной втулкой 7. К наружному кольцу радиально-упорного подшипника 6 прижато упругое звено 8, например, в виде пакета тарельчатых пружин, помещенных в ступенчатую расточку стакана 3.

Упорный шарикоподшипник 9 установлен на наружной поверхности опорного стакана 3 и своим неподвижным кольцом опирается на кольцевой упор 10 опорного стакана 3.

Ротор 11 несет магнитопровод 12 с короткозамкнутой обмоткой. Он отделен воздушным зазором от магнитопровода 2 статора. Корпус ротора в форме диска 13, снабженного ребрами жесткости 14, выполняющими также роль лопаток вентилятора, напрессован на вал 15, опирающийся на подшипники 5 и 6.

В диск 13 ротора ввернуты установочные винты 16, имеющие контргайки 17 и опирающиеся на подвижное кольцо упорного подшипника 9, а на валу 15 с наружной стороны базового щита статора 1 установлена фиксирующая гайка 18, снабженная стопорной шайбой 19 и опирающаяся на внутреннее кольцо подшипника 6.

Установочные винты 16 с контргайками 17 и упругое звено 8 являются элементами устройства для регулировки величины воздушного зазора. Упругое звено 8 обеспечивает также правильное расположение шариков упорного подшипника 9 в беговых дорожках его колец.

Штампованные детали корпуса машины - чашка 20 и кожух 21 - выполняют защитные функции. На кожухе 21 размещена, кроме того, клеммная коробка 22.

Электрическая машина работает следующим образом.

После подключения обмотки статора к сети, в результате воздействия вращающегося магнитного поля на проводники короткозамкнутой обмотки ротора, последний приводится во вращение. Возникающие при этом силы осевого притяжения магнитопроводов 2 и 12 воспринимаются упорным подшипником 9, полностью разгруженным от радиальной нагрузки, благодаря чему снижается его износ. А радиальная нагрузка, передающаяся на вал 15 от исполнительного механизма, воспринимается подшипниками 6 и 5, расположенными внутри опорного стакана 3.

Благодаря тому, что упорный подшипник 9 установлен снаружи опорного стакана 3 статора, а следовательно, диаметр его дорожки качения может быть выбран достаточно большим, повышается устойчивость ротора против выворачивающего действия поперечных сил, передаваемых на вал 15 исполнительным механизмом, а осевое расстояние между радиальными подшипниками 5 и 6 вала 15 может быть уменьшено до размера, не превышающего суммарной толщины колец магнитопроводов 2 и 12. Таким образом, достигается повышение нагрузочной способности и эксплуатационной надежности машины при одновременном сокращении ее осевых размеров.

С целью упрощения наладки машины и достижения возможности изменения величины воздушного зазора между поверхностями магнитопроводов 2 и 12 статора и ротора без разборки машины в ее конструкции предусмотрено регулировочное устройство, использование которого требует следующих действий.

Отвернув крепежные винты 23, снимают защитный кожух 21.

Для увеличения величины воздушного зазора между рабочими поверхностями магнитопроводов 2 и 12 ослабляют затяжку контргаек 17 и ввертывают установочные винты 16 в диск 13 ротора. При этом вся система ротора смещается на требуемую величину, поскольку подшипники 5 и 6 свободно скользят наружными кольцами по внутренним поверхностям опорного стакана 3. Причем перемещение подшипника 6 вызывает дополнительное сжатие упругого звена 8.

При необходимости уменьшения величины зазора винты 16 вывертывают из диска 13. В этом случае система ротора смещается в обратном направлении под действием упругого звена 8.

В процессе регулирования величину воздушного зазора контролируют, например, с помощью мерных щупов.

По окончании наладки затягивают контргайки 17 и устанавливают защитный кожух 21.

Данное устройство регулирования величины воздушного зазора, являясь достаточно простым и удобным, будет полезным и при проведении научных исследований по изучению влияния воздушного зазора на эксплуатационные характеристики машины.

Предлагаемая конструкция торцовой электрической асинхронной машины позволяет также увеличить свободное пространство для размещения лобовых частей обмотки статора и улучшить условия охлаждения тепловыделяющих элементов. Она достаточно проста в обслуживании и технологична в изготовлении.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. В.А.Игнатов и др. Электрические микромашины переменного тока интегрального изготовления. - М.: Энергия, 1975, - с.13, рис.3.

2. Патент Российской Федерации RU N 2058655 C1, МКИ H 02 K 5/16, 17/00, 1996 г., бюл. N 11.

3. Авторское свидетельство СССР N 1815741 A1, МКИ H 02 K 5/173, 1993 г., Бюл. N 18 (прототип).

Изобретение относится к электротехнике и электромашиностроению, а именно торцовым электрическим машинам с одним статором и одним ротором, в которых базирование ротора осуществляется на базовом щите статора консольно. Изобретение направлено на решение технической задачи, состоящей в уменьшении аксиальных размеров и материалоемкости машины при одновременном повышении ее нагрузочной способности эксплуатационной надежности, а также в упрощении процесса регулировки величины воздушного зазора между магнитопроводами статора и ротора. Это достигается тем, что упорный подшипник подшипникового узла, воспринимающий осевую нагрузку от действия сил притяжения магнитопроводов статора и ротора, расположен на нагрузочной поверхности опорного стакана базового щита статора и поджат к кольцевому упору стакана регулировочным устройством в направлении действия осевой нагрузки. При этом подшипники вала ротора, один из которых радиальный, а другой радиально-упорный, размещены внутри стакана так, что радиальный подшипник охвачен упорным подшипником, а радиально-упорный отделен от радиального дистанционной втулкой, установленной на валу ротора, и торцевой поверхностью наружного кольца опирается на упругое звено регулировочного устройства, конструкция которого содержит установочные винты, снабженные контргайками, ввернутые в диск ротора и опирающиеся на подвижное кольцо упорного подшипника, а также упругое звено, установленное в расточке опорного стакана между подшипниками вала ротора так, что одним торцом опирается на уступ стакана, а другим - на наружное кольцо радиально-упорного подшипника. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Торцовая электрическая асинхронная машина, содержащая кольцевые магнитопроводы статора с обмоткой возбуждения и ротора с короткозамкнутой обмоткой, базовый щит статора с установленным в нем опорным стаканом, подшипниковый узел, содержащий подшипники вала ротора для восприятия радиальной нагрузки и упорный подшипник для восприятия осевой нагрузки от действия сил притяжения магнитопроводов, снабженная регулировочным устройством для изменения величины воздушного зазора между рабочими поверхностями магнитопроводов, отличающаяся тем, что упорный подшипник расположен на наружной поверхности опорного стакана и поджат к кольцевому упору стакана регулировочным устройством в направлении действия осевой нагрузки. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что подшипники вала ротора, один из которых радиальный, а другой радиально-упорный, размещены внутри опорного стакана так, что радиальный подшипник охвачен упорным подшипником, а радиально-упорный отделен от радиального дистанционной втулкой, установленной на валу ротора, и торцовой поверхностью наружного кольца опирается на упругое звено регулировочного устройства. 3. Машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что регулировочное устройство для изменения величины воздушного зазора содержит установочные винты, снабженные контргайками, ввернутые в диск ротора и опирающиеся на подвижное кольцо упорного подшипника, а также упругое звено, например, в виде пакета тарельчатых пружин, установленное в расточке опорного стакана между подшипниками вала ротора так, что одним торцом опирается на уступ стакана, а другим - на наружное кольцо радиально-упорного подшипника.